2024-2025学年新教材高中物理第三章相互作用4.2实验：探究两个互成角度的力的合成练习含解析粤教版必修1

PAGE4-试验：探究两个互成角度的力的合成类型一教材原型试验角度1试验原理和试验操作【典例1】某同学做“验证力的平行四边形定则”的试验状况如图甲所示,其中A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB和OC为细绳。图乙是在白纸上依据试验结果画出的图。(1)假如没有操作失误,图乙中的F与F′两力中,方向肯定沿AO方向的是________。

(2)本试验采纳的科学方法是________。

A.志向试验法 B.等效替代法C.限制变量法 D.建立物理模型法(3)试验时,主要的步骤是:A.在桌上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上;B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端系着绳套;C.用两弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O,记录下O点的位置,读出两个弹簧测力计的示数;D.按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并用平行四边形定则求出合力F;E.只用一个弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数,登记细绳的方向,按同一标度作出这个力F′的图示;F.比较F′和F的大小和方向,看它们是否相同,得出结论。上述步骤中,①有重要遗漏的步骤的序号是________和________;

②遗漏的内容分别是______________和

______________。

【解析】(1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力肯定沿AO方向;而两个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力,依据平行四边形定则作出两弹簧测力计拉力的合力,由于误差的存在,不肯定沿AO方向,故肯定沿AO方向的是F′。(2)一个力的作用效果与两个力的作用效果相同,它们的作用效果可以等效替代,故B正确。(3)①依据“验证力的平行四边形定则”试验的操作规程可知,有重要遗漏的步骤的序号是C、E。②在C中未登记两条细绳的方向,E中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O。答案:(1)F′(2)B(3)①CE②C中应加上“登记两条细绳的方向”E中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O”角度2试验数据处理【典例2】(2024·全国卷Ⅲ)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”试验,将画有坐标轴(横轴为x轴,纵轴为y轴,最小刻度表示1mm)的纸贴在桌面上,如图甲所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外),另一端P位于y轴上的A点时,橡皮筋处于原长。(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O,此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图乙所示,F的大小为________N。

(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A点;现运用两个测力计同时拉橡皮筋,再次将P端拉至O点,此时视察到两个拉力分别沿图甲中两条虚线所示的方向,由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2N和F2=5.6N。①用5mm长度的线段表示1N的力,以O为作用点,在图甲中画出力F1、F2的图示,然后按平行四边形定则画出它们的合力F合。②F合的大小为________N,F合与拉力F的夹角的正切值为________。

若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在试验所允许的误差范围之内,则该试验验证了力的平行四边形定则。【解析】(1)由图乙可得每大格之间有5个小格,所以弹簧测力计的最小分度为0.2N,故可读出弹簧测力计读数为4.0N。(2)①由已知可得F1所对长度为21mm,F2所对长度为28mm,依据平行四边形定则画出合力大小。如图所示。②依据几何关系可得合力大小为N=4.0N;F合与拉力F夹角的正切值为=-1=0.05。答案:(1)4.0(2)①见解析图②4.00.05类型二创新型试验【典例3】一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品,在家中验证力的平行四边形定则。(1)如图(a),在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶,登记水壶________时电子秤的示数F。

(2)如图(b),将三根细线L1、L2、L3的一端打结,另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯子上。水平拉开细线L1,在白纸上登记结点O的位置、________和电子秤的示数F1。

(3)如图(c),将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上,并将L1拴在其上。手握电子秤沿着(2)中L2的方向拉开细线L2,使________和三根细线的方向与(2)中重合,记录电子秤的示数F2。

(4)在白纸上按肯定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示,依据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示,若________________________________,

则力的平行四边形定则得到验证。【解析】(1)要测量装满水的水壶的重力,则应登记水壶静止时电子秤的示数F。(2)要画出平行四边形,则须要记录分力的大小和方向,所以在白纸上登记结点O的位置的同时,也要记录三根细线的方向以及电子秤的示数F1。(3)已经记录了一个分力的大小,还要记录另一个分力的大小,则结点O的位置不能改变,力的方向也都不能改变,所以应使结点O的位置和三根细线的方向与(2)中重合,记录电子秤的示数F2。(4)依据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示,若F和F′在误差允许的范围内重合,则力的平行四边形定则得到验证。答案:(1)静止(2)三根细线的方向(3)结点O的位置(4)F和F′在误差允许的范围内重合【创新评价】创新角度创新措施试验原理的创新用装满水的水壶的重力代替橡皮筋伸长的长度器材运用的创新(1)利用电子秤代替弹簧测力计。(